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用于人眼安全闪光激光雷达的盖革模式三维图像传感器
近年来，许多探测器被发射到月球、行星、小行星和彗星进行科学观测。许多探测器都携带了光探测和测距 (LIDAR) 系统，其测量范围从几十公里到几百公里 [1, 2, 3, 4, 5]。我们已经为远程 LIDAR 接收器开发了定制 IC“LIDARX”，它将安装在火星卫星探测器 (MMX) [6] 上。另一方面，如果航天器降落在月球或行星上进行科学观测或资源勘探，航天器的着陆点通常是未开发地点，这些地点可能并不总是着陆的理想地点。在这些未开发地点进行精确着陆需要三维 (3D) 图像，以便在着陆前立即测量地形、避障和检测相对于地面的姿态。美国宇航局的自主着陆和避险技术 (ALHAT) 项目正在开发一种系统，用于快速自主地识别未来行星着陆装置 GN&C 的安全着陆点 [7, 8, 9]。在 ALHAT 中，Flash LIDAR [10, 11, 12, 13] 被定位为障碍物检测的重要传感器。作为一个典型的例子，2016 年发射的 OSIRIS-REx 使用 Flash LIDAR 进行制导、导航和控制 [14, 15, 16, 17]。Flash LIDAR 是一种以类似于闪光摄影的方式捕获 3D 图像的传感器，通过将激光脉冲散射并照射到相机的视场上，相机会
下一代 NASA 危险探测系统开发
I. 简介 用于精确和安全着陆的制导、导航和控制 (GN&C) 技术对于未来机器人科学和载人探索太阳系各个目的地的任务至关重要。这些进入、下降和着陆 (EDL) 技术是美国宇航局精确着陆和危险规避 (PL&HA) 领域的一部分，被认为是空间技术发展路线图 [1] 的高优先级能力，旨在促进和实现新的任务概念。SPLICE 项目，即安全精确着陆 - 综合能力演进 [2]，致力于持续开发传感器、算法和航空电子设备，以用于未来的月球着陆任务。具体来说，SPLICE 正在完善着陆器下降过程中的地形相对导航 (TRN) 和危险检测与规避 (HDA) 的传感器硬件和软件的技术就绪水平 (TRL)。 SPLICE 的所有工作主要基于 NASA 先前在 PL&HA 领域的项目，例如 ALHAT [ 3 – 6 ]、COBALT [ 7 – 10 ] 和 LVS [ 11 ]，其中包括多年的传感器开发工作 [12–15] 和各种亚轨道飞行测试。SPLICE 是一套用于精确着陆的 GN&C 技术。表 1 中列出的各个组件可以单独飞行，也可以作为着陆器承载的集成有效载荷飞行。NASA 兰利研究中心开发的导航多普勒激光雷达 (NDL) 提供厘米级的精确速度和测距。NASA 戈达德太空飞行中心开发的危险探测激光雷达 (HDL) 可生成预定着陆目标周围区域的高分辨率数字高程图 (DEM)。 TRN 系统包括摄像头、机载地图和 TRN 算法，这些算法由查尔斯·斯塔克·德雷珀实验室公司为 SPLICE 项目开发和实施 [16]。NASA 喷气推进实验室开发的危险检测算法基于参考文献 [17] 中概述的 ALHAT 算法，并进行了一些修改，以便与新型高清激光雷达 DEM 配合使用并在新型下降和着陆计算机 (DLC) 上运行。约翰逊航天中心开发的 DLC 是一种新型航空电子设备设计，正在开发中，以利用高性能航天计算 (HPSC) 处理器 [18, 19]。随着用于 TRN 和 HDA 的 GN&C 硬件和软件的不断成熟，该项目还在开发高精度模拟环境，包括带有 DLC 的硬件在环 (HWIL) 测试平台和一些在环传感器模拟器。此外，SPLICE 正在对机器人和载人任务的 EDL 架构进行详细建模 [ 20 , 21 ]，以确定未来需求，揭示现有技术差距，并推动传感器技术发展，使即将到来的任务受益，例如 NASA 的 Artemis 和商业着陆器有效载荷服务 (CLPS) 计划。图 1 是主机飞行器上 SPLICE 有效载荷的高级示意图。TRN 和 HDA 的图像处理需要大量计算，因此 DLC 的设计旨在通过处理大部分视觉导航算法来减轻主飞行计算机的负担。在 DLC 上运行的飞行软件利用 NASA 核心飞行